نمذجة تأثير توزيع قطرات الكيروسين باستخدام طريقة روزين-رامّلر في الرش الحراري عبر ديناميكا الموائع الحسابية
الكلمات المفتاحية:
توزيع روزين–راملر، الرش الحراري، احتراق الكيروسين، ديناميكيات القطرات، المحاكاة الديناميكية للموائع الحسابيةالملخص
تبحث هذه الدراسة عدديًا في تأثير توزيع أحجام القطرات على خصائص لهب الكيروسين ذات الصلة بعمليات الرش الحراري، باستخدام برنامج آنسيس فلوينت مقترنًا بنموذج الاضطراب (SST)، ونموذج الاحتراق EDM، ونموذج الإشعاعP-1 . تم تمثيل سلوك القطرات باستخدام نموذج الطور المنفصل (DPM) بطريقة لاغرانج. تمت مقارنة تسع توزيعات مختلفة لأحجام القطرات: ستة منها باستخدام توزيع روزين–راملر (Rosin-Rammler) مع تغيير كل من القطر المتوسط ومعامل الانتشار وثلاثة توزيعات منتظمة (Uniform) استخدمت كحالة مرجعية أظهرت نتائج المحاكاة توافقًا قويًا مع البيانات الحرارية التجريبية والمنشورة، خاصة في الحالات ذات التوزيعات الدقيقة من نوع روزين–راملر (الحالتان 1 و2). ويتماشى هذا الأداء المتفوق مع ما ورد في الأدبيات التي تشير إلى أن قطرات الكيروسين التي يبلغ قطرها أصغر من أو تساوي 3 ميكرومتر تتحول تقريبًا بالكامل إلى الطور البخاري فور حقنها. أظهر التحليل أن القطر المتوسط هو العامل الرئيسي: إذ يؤدي صغر القطر المتوسط إلى تبخر سريع وتكوّن مناطق ذات درجات حرارة مرتفعة ومحصورة، بينما يؤدي كبر القطر المتوسط إلى احتراق متأخر وامتداد اللهب خارج غرفة الاحتراق. علاوة على ذلك، أظهرت الرشّات متعددة الأحجام وفق توزيع روزين–راملر لهبًا أكثر استقرارًا مقارنةً بالحالات المنتظمة، التي نتج عنها تبخر موضعي وتدرجات حرارية حادة بشكل مفرط. تؤكد هذه النتائج على ضرورة النمذجة الدقيقة للتنوع الطبيعي في أحجام القطرات الناتجة عن عملية التذرية (الأتَمَة) للوقود، من أجل تحسين كفاءة اللهب في عمليات الرش الحراري وضمان انحصاره داخل الغرفة
التنزيلات
المراجع
Ahmed, R., & Hadfield, M. (2002). Mechanisms of fatigue failure in thermal spray coatings. Journal of Thermal Spray Technology, 11(3), 333-349.
Ansys (2011). Ansys Fluent 14.0 Theory Guide. Ansys, Inc.v.14.0, pp.794.
Bussmann, M., Chandra, S., & Mostaghimi, J. (2000). Modeling the splash of a droplet impacting a solid surface. Physics of Fluids, 12(12), 3121-3132.
Davis, J. R. (Ed.). (2004). Handbook of thermal spray technology. ASM international.
Fauchais, P. L., Heberlein, J. V., & Boulos, M. I. (2014). Thermal spray fundamentals: from powder to part. Springer Science & Business Media.
Guessasma, S., Salhi, Z., Montavon, G., Gougeon, P., & Coddet, C. (2004). Artificial intelligence implementation in the APS process diagnostic. Materials Science and Engineering: B, 110(3), 285-295.
Hutchinson, P. G. F. A. E., Hewitt, G. F., & Dukler, A. E. (1971). Deposition of liquid or solid dispersions from turbulent gas streams: a stochastic model. Chemical Engineering Science, 26(3), 419-439.
Kallio, G. A., & Reeks, M. W. (1989). A numerical simulation of particle deposition in turbulent boundary layers. International journal of multiphase flow, 15(3), 433-446.
Kamnis, S., & Gu, S. (2006). 3-D modelling of kerosene-fuelled HVOF thermal spray gun. Chemical Engineering Science, 61(16), 5427-5439.
Kannan, S., Ba, T., Wan, S., Kang, C. W., Pan, J., & Zhang, Z. (2023). Numerical and experimental investigations of CoNiCrAlY particle suspension dynamics in kerosene-oxygen high-velocity oxygen fuel spraying. Coatings, 13(4), 668.
Kreye, H., Schwetzke, R., & Zimmermann, S. (1996, October). High velocity oxy-fuel flame spraying process and coating characteristics. In International Thermal Spray Conference, Vol. 83805, pp. 451-456. ASM International.
Morsi, S. A. J., & Alexander, A. J. (1972). An investigation of particle trajectories in two-phase flow systems. Journal of Fluid Mechanics, 55(2), 193-208.
Niemi, K. J., Vuoristo, P. M. J., & Mäntylä, T. A. (1991). Chromium Oxide Coatings Deposited by Plasma and Detonation Gun Spraying. In Proc. 2nd Plasma-Technik-Symposium, Lucerne, Switzerland, June 5-7, 1991, pp. 311-322.
Padture, N. P., Gell, M., & Jordan, E. H. (2002). Thermal barrier coatings for gas-turbine engine applications. Science, 296(5566), 280-284.
Pawlowski, L. (2008). The science and engineering of thermal spray coatings. John Wiley & Sons.
Picas, J. A., Rupérez, E., Punset, M., & Forn, A. (2013). Influence of HVOF spraying parameters on the corrosion resistance of WC–CoCr coatings in strong acidic environment. Surface and Coatings Technology, 225, 47-57.
Tabbara, H., & Gu, S. (2009). Computational simulation of liquid-fuelled HVOF thermal spraying. Surface and Coatings Technology, 204(5), 676-684.
Tan, A. W. Y., Lek, J. Y., Sun, W., Bhowmik, A., Marinescu, I., Song, X., Zhai, W., Li, F., Dong, Z., Boothroyd, C. B., & Liu, E. (2018). Influence of particle velocity when propelled using N2 or N2-He mixed gas on the properties of cold-sprayed Ti6Al4V coatings. Coatings, 8(9), 327.
التنزيلات
منشور
إصدار
القسم
الرخصة
هذا العمل مرخص بموجب Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
